光电设计实验报告

1、光电系统设计学号：130402152姓名：仲路铭日期：17.1.2第一章单色仪的研究1.系统介绍本次课程采用WDG系列精密光栅单色仪。它是一种能获得单色辐射的高性能仪器，可以测各种辐射源的光谱分布、探测器的光谱灵敏度、发光材料及光学薄膜的光谱特性等。整台仪器包括单色仪主体和微机控制系统，单色仪主体上层为光学系统，下层是机械系统。单色仪外观图1.12.光学原理图1.2为光学系统图。进入入射狭缝S1的光线经准直镜Ml,变为平行光。由闪耀光栅G色散，经聚焦物镜M2从出射狭缝S2射出单色光。3.机械系统机械系统的功能是实现波长扫描，波长显示，并未微机系统提供控制信号。转动光栅可以在出射狭缝处得到不同波

2、长的单色辐射，为了实现波长线性指示，本仪器采用带有初始角的正弦机构。在微机控制下步进电机经连轴节驱动正弦机构，进行自动扫描。波长原点向计算机提供波长原点信号，仪器找到波长原点后，显示波长值为“0”，并停机待命。在扫描过程中，正弦机构上的微动开关向计算机提供保护信号，使仪器扫描至终点或反扫描至起点能自动停机。光栅转动角与丝杆副运动距离的关系Q2L斑广亦W+Q妙*Q+0.沁：犁避栩怦胎祸幻-渤为feA、如渤竺與扒铜包劳人刘W佔L%S-如_氏必紘、，科夫（5妙泌）单色仪内部结构图4.微机系统单色仪在微机控制下，实现自动扫描、数据采集和数据处理。计算机通过接口及驱动器控制单色仪内的扫描电机和滤光片的动

3、作，实现波长扫描和波长计数。单色仪给出的光谱信号，经过接收器、放大器和A/D变换器，由接口送入计算机，数据处理后，分别由显示器显示、打印机记录或者外存储器存储。5.单色仪实验实验步骤：1)调试仪器2)自动检测3)内部优化4)系统运行5)扫描出图6.实验结果并分析有四个波长不同的光波7.实验遇到问题及解决方法调试没有达到设备运行的要求，需要调节入射光口的大小，调节入射光的强度，来达到设备运行的要求。第二章Zemax光路仿真及相关计算实验目标：使用Zemax软件设计一个入射狭缝和出射狭缝宽度均为2mm,两反射口径为100mm,闪耀光栅口径为150mm,光入射经平面镜反射到光栅的光程与光从光栅反射再

4、经平面反射镜反射到出射狭缝的光程相等且为500mm，并用多重结构实现闪耀光栅光线的追迹。Zemax软件介绍Zemax时一套综合性的光学设计仿真软件，是将实际光学系统的设计概念,优化分析,公差等功能为一体的一套综合性光学仿真软件。可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射、折射和绕射等光学模型。实验步骤（1）在软件中输入数据（2）优化数据（3）得出结果图实验结果；Eit:MkhLTtwsH叶E*rs-l-TfjwEa*llinFlAvriGBnBr32hrA|amrBdjhr1jamiadjhr3!fmiiJ3h3.C：3；3.H33Ma.KczaK$MIK、MIX、MIW:Ji:3“A

5、uaJ-4E3M33K3.4CS3KKIM*.s.j-iaiuUX-C-WJEhU.333A-L3JA13.LEAJ.EJA13.L=JAJJ.KSJA1IIHrurrt-i3E*hHT33-Y：LJ43CU1iHBTV33f31V1/iTIWiXbJudLaA.3.KZ3K3.MZ3343.CC：33K3.CC33KL3.MZ3KEyTWWIXBWIWl|Ml；1IX1JlNLli.-3=3.M33：3.4C33K3.4C33K3.M33K3.M=334FL-.3.*.M3AJ3.LLE3AhJALZlA利irLiid3tvia-vHisincli*匚*blTiVISiV33ULLJuuiL

6、all.k3.-C33-L3.!fC33KJ3.H33Kha.CSHRIrlbUr-r叭化数据及图像3.实验遇到问题及分析数据优化的结果不够好，得不出理想的结果。需要不断调试第三章关键电路仿真模拟实验目标：使用Multisim软件设计光发射电路和光接收电路。要求发射电路能达到一定的信噪比，并要求发射信号有较高的消光比。整个电路工作在2MHz的频率左右，要求系统有较好的幅频响应。电路分析（1）发射电路：发射电路通过信号源输入数字信号，信号到达LED，通过LED完成电光转换，把数字电信号转换成光信号，而光信号的强弱分别表示信号的“1”和“0”电平。（2）接收电路：接收电路通过PIN将发射电路产生的

7、光信号接收，并且转换成数字电信号，随后经过接收电路的放大部分将有用的数字信号提取放大，并在示波器上显示出来。其中数字信号频率要求在2MHz左右。实验结果及分析（1）数字光信号的发射电路：信号源用的是峰峰值为IV,频率为2MHz的矩形波。电阻4为三极管的b极加偏置，使三极管工作在合适的区域内。电阻6代替LED进行仿真实验，电阻1分直流入地，使得LED上的直流分量不要太高，从而达到较好的消光比。电容2要求相当小用以滤除电路中的高频成55V0ruT2-TT1T2TimeScaleHHWpFcy-10pFXposy/T2MHz5mVC210pF回OMISC毎釜需JvceXSCl2N2219R1120k

8、Q：R3L5kQScTbfl.t=经图可以看出信号的幅度：IV信号的频率：2MHZ信号的消光比：4.5经过LED的直流电流大小：（2）数字光信号的接收电路：由于PIN的输出信号相当弱，所以用一个5mV的电压源代替，信号仍然近似为2MHz的矩形波。电容用：-以隔直流，电容引高频信号入地，降低电路中的噪声影响。电阻提供偏置使三极管工作在截止区。（3）fe5-vcc5VXSC1lasIBcTt-to.!t=l2N2219R31500C3XTT2riTimebaseScale10Xposition：；：|丫疔Ad（0NoneType命Oscilloscope-XSC1ReverseExt,Trigge

9、rrTriggerEdgeB|e1LevelChannelBScale12V/DZYpositionfoAC|0J5c-|(T-Timeb日吕eScalelOOris/EivXpositionfoY/TAdd|B/A|AjB|T2-T1ChannelAScale12炯wYpositionfoAC|05匚TimeChannelAChannelB541.351us656.210mV0.000V542.351us655.938mV0.000V1.000us-272.4G7uV0.000V经图可以看出信号放大倍数：1.5信号频率：2MHZ实验遇到问题及解决办法得不出理想的波形图，需要调节显示图的比例参

10、数。第四章单片机控制程序设计实验目标：编写单片机控制程序控制步进电机，使步进电机具有正转、反转、加速、减速和停止工作等状态。1.步进电机介绍步进电机是一种将电脉冲转换成角位移的执行机构，可以通过控制脉冲个数控制位移量，通过控制脉冲频率控制电机转动的速度和加速度。本次实验采用的是四相八拍步进电机。外圈上有八个均匀分布的定子，夹角为45度，各定子上套有线圈，按图绕成A、B、C和D四相绕组。内圈有6个为永磁体的转子。开关S首先通电，转子齿0、3与C相绕组对齐。然后在开关SCC继续通电的情况下接通开关S，这时B相绕组对转子齿2、5产生磁B力，使转子顺时针转动，但是C相绕组继续拉住转子齿0、3，因此转子

11、将转到两个磁力平衡为止，即转子顺时针转动了7.5度。接着开关S断电，开关S继续通电，这时转子齿2、5和B相绕组对齐，转CB子又顺时针转动了7.5度。这样如果按照C-BC-B-AB-A-DA-A的顺序轮流通电，转子将持续旋转。2.步进电机驱动部分ABCD5C关冈0010SB,SC关闭01105B关闭0100SB,SA关闭11005A关闭1000SA,SD关闭1001SD关闭0001SD,SC关闭0011步进电机不能直接接到交直流电源上工作，必须使用驱动器。驱动系统包括逻辑控制电路、功率驱动电路、保护电路和电源。步进电机驱动器一旦接收到来自于控制器的方向信号和步进脉冲，控制电路就按照预先设定的通电

12、方式产生步进电机各相励磁绕组导通或截止。控制电路输出的信号功率很低，不能提供步进电机所需的输出功率，必须进行功率放大。保护电路在出现短路、过载和过热等故障时迅速停止驱动器和电机的运行。本设计采用ULN2001A驱动器。单片机介绍本设计采用单片机的最小应用系统（配置有晶体振荡器时钟电路、复位电路和电源），单片机采用AT89C51。实验结果代码：#includereg51.h#includeintrins.h#includeabsacc.h#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitKEY1二P20;sbitKEY2二P2J;sbitKEY3

13、二P22;ucharcodetab8=0 x02,0 x06,0 x04,0 x0C,0 x08,0 x09,0 x01,0 x03;uchartemp;voiddelay(uchark)uinti,j;for(i=0;ik;i+)for(j=0;j60;j+);voidmain()uchari=0;uchardelay_v=100;ucharflag=0;P1=0 xFF;P2=0 xFF;while(1)if(KEY3=0)i+;i=i%3;while(KEY3=0);switch(i)case0:delay_v=100;break;case1:delay_v=75;break;case2:delay_v=50;break;if(KEY1=0)if(flag=0)if(KEY2=1)temp=0;P1=tabtemp;flag=1;delay(delay_v);if(KEY2=2)temp=6;P1=tabtemp;flag=1;dela